Министерство сельского хозяйства российской федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ставропольский государственный аграрный университет хащенко А.
Скачать 1.44 Mb.
|
7.4 Статическое электрическое поле является фактором, широко распространенным в быту и на производстве. Источником статического электрического поля являются линии электропередач постоянного тока, электризующиеся материалы, различные технологические процессы, грозовые облака. Величина статического электрического поля от различных источников лежит в пределах от 0,2 до 1000  .Действие электростатического поля на организм млекопитающего известно давно – длительное воздействие на экспериментальных животных статического поля с напряженностью порядка 30-80 оказывает влияние на функциональное состояние нервной системы; длительное (100-120 суток) воздействие электростатического поля напряженностью 15 приводит к изменениям компенсаторного характера. Первичный механизм действия электростатического поля на млекопитающих помимо прямого действия поля на организм обладает еще и опосредованным – через ионизацию воздуха (аэроионы). Прямое действие электростатического поля изучено довольно слабо. Во всяком случае, напряженность поля внутри организма млекопитающего оказывается в значительной степени ослаблена благодаря наличию воды и тканей диэлектриков. Основные прямые эффекты сводятся к поляризации поверхности тела, поляризации молекул в тканях диэлектриках и возникновению микротоков в тканях – проводниках. Наиболее чувствительной к данным эффектам является нервная ткань. Гораздо большее биологическое значение имеет электризация воздуха в зоне высокой напряженности электростатического поля. Образующиеся аэроионы действуют на нервные окончания, заложенные в кожных покровах. Также они действуют на рецепторы слизистых оболочек при вдыхании ионизированного воздуха, попадают в кровь и воздействуют на поверхность форменных элементов, в значительной степени меняя электрический заряд клеток. Благоприятная работа биосистем организма при восприятии электрического воздействия начинается с некоторой пороговой плотности электрического заряда воздуха и нарушается, когда в двойном слое тканевых и клеточных мембран достигает предпробойное состояние. Значительное отклонение плотности зарядов аэроионов от среднего значения (  ) приводит к нарушениям в передаче электрических импульсов по трансмембранным цепям. В ослабленном организме это может послужить поводом для летального исхода, что было подтверждено работами Чижевского.Практическое применение – статдуш, аэроионотерапия, аэрозольэлектротерапия. Статдуш (франклинизацию) проводит с помощью электрического поля напряжением 50 кВ. При общей франклинизации пациента помещают на изолированную подставку, но так, чтобы он ногами касался металлической пластины, которая присоединена к положительному полюсу источника высокого напряжения. Другой электрод, соединенный с «минусом», располагают в области головы, на расстоянии 10-15 см. Электрод имеет конструкцию в виде «паука». Лечебное действие оказывают образующиеся в области головы отрицательные аэроионы и небольшое количество озона. Положительные («вредные») аэроионы нейтрализуются на верхнем электроде. Аэрозольэлектротерапия – это использование электризации капель лекарственного аэрозоля для увеличения эффективности аэрозольтерапии. Последнюю процедуру часто используют при необходимости массовой обработки (профилактика болезней хозяйственных животных). Аэрозоль – это мелко распыленная в воздухе лекарственная жидкость, предназначенная для вдыхания. Электризацию частиц аэрозоля проводят путем осаждения на них аэроионов. 7.5 Переменным электрическим полем называется поле, напряженность которого изменяется по закону синуса или косинуса:  . (7.14)Основное действие переменного электрического поля на живой организм сводится к тепловому эффекту. Кроме тепловых имеет место ряд специфических эффектов. Соотношение всех явлений и эффектов зависит от частоты колебаний переменного электрического поля. Под действием приложенного поля в ткани происходят две основные группы явлений: индуцируются ионные токи в проводящих частях живой ткани и индуцируются токи смещения в диэлектрических частях ткани и на границе раздела фаз. Для описания процессов вводят понятие эффективной напряженности  . (7.15)Токи проводимости вызывают нагрев проводящей ткани. Количество тепла, выделяемого при этом в проводящей ткани, пропорционально квадрату эффективной напряженности поля и обратно пропорционально удельному сопротивлению ткани:  , (7.16)где k1 – коэффициент пропорциональности, зависящий от конкретных условий, ρ – удельное сопротивление ткани. Токи смещения вызывают нагрев диэлектрической ткани. Количество тепла, образующееся в диэлектрике, пропорционально квадрату эффективной напряженности поля, частоте, относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика и тангенсу угла потерь:  , (7.17)где k2 – коэффициент пропорциональности, зависящий от условий облучения,  - циклическая частота переменного электрического поля,  - угол диэлектрических потерь - угол между векторами тока и его реактивной составляющей.  является важной характеристикой диэлектрика и характеризует долю энергии переменного электрического поля, расходуемой в диэлектрике на его нагревание.Живую ткань можно рассматривать как многослойную структуру, состоящую из перемежающихся слоев растворов электролита (проводящая ткань), разделенных слоями диэлектрика. В зависимости от частоты поля основное выделение тепла может иметь место преимущественно либо в проводящих тканях, либо в диэлектриках. Помимо тепловых эффектов, вызванных действием переменного электрического поля, в живой ткани наблюдаются и специфические эффекты. На уровне рассмотрения первичного механизма действия поля на живую ткань специфический эффект сводится к вращательным колебаниям органических молекул или их частей, что оказывает значительное влияние на физиологическое состояние клеток (осцилляторное действие поля). Практическим применением переменного электрического поля для лечения являются УВЧ – терапия и импульсная УВЧ – терапия. В отечественной аппаратуре для УВЧ – терапии используют частоту 40,58 МГц. На данной частоте происходит преимущественный прогрев плохо проводящих тканей (жировых). В случае, когда тепловой эффект нежелателен, а требуется только осцилляторный эффект от воздействия электрическим полем, используют импульсную УВЧ – терапию. Если высокочастотное поле воздействует на ткань кратковременными импульсами, то ткани просто не успевают нагреваться. Методы УВЧ – терапии позволяют прогревать сразу весь объем ткани при возможности строго дозировать процесс в отличие от обычной «грелки», когда прогрев идет с поверхности и неизвестно, сколько тепловой энергии выделилось в конкретном участке жировой ткани. Вопросы для самоконтроля. 1. Что характеризует электрический заряд? 2. Какие виды зарядов существуют в природе? Как они взаимодействуют? 3. Сформулируйте закон Кулона? Каковы условия для его применения? 4. Как изменяется сила взаимодействия электрических зарядов в среде? 5. Дайте определение электрического поля. 6. Дайте определение силовой характеристики электрического поля. 7. Выведите формулу напряженности электрического поля точечного заряда. 8. Как находят напряженность поля, созданного системой электрических зарядов? 9. Дайте определение силовых линий электрического поля. Как они проводятся? 10. Дайте определение подвижности электрического заряда. 11. Дайте определение энергетической характеристики электрического поля. 12. Укажите формулу для расчета механической работы по перемещению точечного заряда в электрическом поле. 13. Укажите формулу, выражающую связь напряженности электрического поля с разностью потенциалов. 14. Выведите формулу, выражающую связь напряженности электрического поля с разностью потенциалов. 15. Расскажите об электрическом поле млекопитающего. 16. Как влияют трибозаряды поверхности тела на физиологическое состояние организма? 17. Что происходит с проводником в электрическом поле? 18. Дайте определение электрической емкости проводника. 19. Что происходит с диэлектриком в электрическом поле? 20. Укажите формулу для расчета напряженности электрического поля в диэлектрике. 21. Проводниками или диэлектриками являются органические вещества (белки, углеводы, жиры)? 22. Дайте определение конденсатора. 23. Дайте определение электрической емкости конденсатора. 24. Укажите формулу для расчета электроемкости плоского конденсатора. 25. Как рассчитать электроемкость батареи конденсаторов, соединенных последовательно и параллельно. 26. Расскажите о действии электростатического поля на живой организм. 27. Как проводят статдуш? 28. Что такое аэрозольэлектротерапия? 29. Какое электрическое поле называется переменным? 30. Какое действие переменного электрического поля на живой организм является основным? 31. Укажите формулу для расчета эффективной напряженности. 32. Укажите формулу для расчета количества теплоты, выделяющегося в проводящей ткани при прохождении переменного тока. 33. Укажите формулу для расчета количества теплоты, выделяющегося в диэлектрической ткани при прохождении переменного тока. 34. Расскажите о УВЧ – терапии и импульсной УВЧ – терапии. Задачи для самостоятельного решения. 36. Вычислить ускорение, сообщаемое одним электроном другому, находящемуся от первого в вакууме на расстоянии 1 мм. 37. Два точечных заряда +5q и +2q находятся на расстоянии 10 см друг от друга. В какой точке линии, проходящей через эти заряды, напряженность электрического поля равна 0? 38. Два одинаковых по модулю электрических заряда, находясь на расстоянии 2 см друг от друга, притягиваются с силой 0,0125 Н. Определить напряженность и потенциал в точке поля, расположенной посередине между ними. 39. Разность потенциалов на клеточной мембране 200 мВ, толщина клетки 10-9 м. Чему равна напряженность поля в клетке? 40. Площадь каждой пластины плоского конденсатора 1 м2, расстояние между пластинами 1,5 мм. Диэлектриком является яичный белок. Найти емкость конденсатора. 41. Три одинаковых плоских конденсатора соединены между собой параллельно. Емкость полученной батареи  . Площадь каждой пластины 100 см2. Диэлектриком является стекло. Определить толщину стекла.ЛЕКЦИЯ 8 ПОСТОЯННЫЙ И ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК И ИХ ДЕЙСТВИЕ НА ЖИВОЙ ОРГАНИЗМ План 8.1 Электрический ток и его характеристики. 8.2 Электрический ток в электролитах. 8.3 Постоянный электрический ток и его действие на живой организм. 8.4 Переменный электрический ток. Полное сопротивление живого организма переменному току (импеданс). Дисперсия импеданса. 8.5 Действие переменного тока на организм млекопитающего. 8.6 Поражающее действие электрического тока. 8.1 Электрический ток – это упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов. За направление электрического тока принимается направление движения положительных зарядов. Сила тока – скалярная величина, равная заряду, переносимому носителями тока через поперечное сечение проводника в единицу времени:  . (8.1)Основной единицей силы тока в СИ является  .Плотность тока – векторная физическая величина, характеризующая быстроту переноса заряда в проводнике через единицу площади его поперечного сечения:  . (8.2)Основной единицей измерения плотности тока в СИ является  . Для получения тока в течение длительного времени нужно построить замкнутую электрическую цепь, электрический ток в которой будет поддерживать источник электрической энергии. Источник тока характеризуют электродвижущей силой (ЭДС) – работой сторонних сил, выполненной при перемещении единичного положительного заряда:  . (8.3)Единицей измерения ЭДС является В. Известно, что недостаток поваренной соли в рационе молодняка тормозит его рост, снижает аппетит и продуктивность. Избыток поваренной соли вызывает усиленное потребление воды, а в некоторых случаях солевой перекорм приводит к гибели животных и особенно птицы. Одним из условий предотвращения солевого отравления является экспресс – контроль за нормативным содержанием поваренной соли и натрия в комбикормах. Прибор состоит из мерного стакана, крышки, в которую вмонтированы два металлических электрода и микроамперметра. Электроды изготовлены из медного и стального оцинкованного стержней.  Рисунок 1.8 – Прибор для контроля содержания поваренной соли в комбикормах. Сущность работы прибора заключается в том, что при погружении разнородных металлических электродов в жидкую среду на границах электрод – жидкость происходят химические реакции, энергия которых является источником ЭДС, возникающей во внешней цепи и фиксируемой микроамперметром. Величина тока функционально зависит от концентрации соли в жидкой среде. Электрическое сопротивление участка цепи R - характеристика электрических свойств данного участка цепи, определяющая упорядоченное перемещение носителей тока на этом участке. Оно определяет степень противодействия частиц вещества упорядоченному движению заряженных частиц. Основной единицей сопротивления в СИ является Ом. Сопротивление проводника на участке неразветвленной цепи зависит от материала проводника, его геометрической формы и размеров:  , (8.4)где l – длина, S – площадь поперечного сечения проводника,  - удельное сопротивление вещества, из которого сделан проводник – сопротивление проводника из данного материала длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м2. Удельное сопротивление измеряется в  .Если несколько проводников соединить последовательно (начало последующего с концом предыдущего), то общее их общее сопротивление равно сумме всех отдельных проводников:  . (8.5)При параллельном соединении (начала и концы проводников соединяются вместе) общее сопротивление проводников может быть определено по формуле:  . (8.6)Величина, обратная удельному сопротивлению называется удельной проводимостью.  (8.7)Единицей измерения удельной проводимости в СИ является  .Закон Ома для участка цепи: сила тока прямо пропорциональна разности потенциалов на концах участка цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка:  , (8.8)где Δφ=U – разность потенциалов (напряжение) на концах участка цепи. Выведем закон Ома для участка цепи в дифференциальной форме, используя формулы  ;  ;  ;  , получим: или  . Итак,  (8.9)- плотность тока в проводнике пропорциональна напряженности поля в данной точке проводника. Закон Ома для замкнутой цепи: Сила тока в цепи прямо пропорциональна ЭДС, действующей в цепи, и обратно пропорциональна сумме внешнего и внутреннего сопротивлений:  , (8.10)где R – внешнее сопротивление, r – внутреннее сопротивление (сопротивление источника тока). |
Похожие:
 | Министерство сельского хозяйства российской федерации федеральное... Проектирование учебного процесса по учебной дисциплине (назначение и трудоемкость дисциплины) для опп |  | Министерство сельского хозяйства РФ Министерство сельского хозяйства РФ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования... |
| Рабочая программа дисциплины Министерство сельского хозяйства РФ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования... | | Министерство сельского хозяйства РФ федеральное государственное бюджетное... Российской Федерации", постановлением Правительства Российской Федерации от 21. 10. 2011 n 856 "о программе государственных гарантий... |
| Рабочая программа дисциплины (модуля) Министерство сельского хозяйства РФ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования... | | Министерство сельского хозяйства РФ федеральное государственное бюджетное... Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Рабочая программа дисциплины (модуля) «биологически активные вещества» Министерство сельского хозяйства РФ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования... | | Рабочая программа дисциплины Материаловедение. Технология конструкционных материалов Министерство сельского хозяйства РФ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования... |
| Рабочая программа дисциплины (модуля) Органическая химия Направление... Министерство сельского хозяйства РФ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Министерство сельского хозяйства РФ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Министерство сельского хозяйства РФ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования... | | Министерство сельского хозяйства РФ федеральное государственное бюджетное... Городская научно-практическая конференция молодых исследователей «шаг в будущее 2010» |
| Министерство сельского хозяйства РФ федеральное государственное бюджетное... Программа предназначена на изучение предмета «общая биология» об общеобразовательных учреждениях | | Программа разработана в соответствии с фгос впо по направлению 111801... Министерство сельского хозяйства РФ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования... |
| Министерство сельского хозяйства РФ федеральное государственное бюджетное... Программа предназначена на изучение предмета «общая биология» об общеобразовательных учреждениях | | Программа разработана в соответствии с фгос впо по направлению 250700... Министерство сельского хозяйства РФ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования... |
